과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제신문이 공동 주관하는 ‘이달의 과학기술인상’ 4월상을 수상한 손동희 성균관대 전자전기공학부 교수가 생체 조직 측정 목적의 ‘신축성 바이오 전자소자 시스템’을 구현해 재생·재활 치료에 기여했다는 평을 받았다.
생체 이식, 바이오 전자 스티커 부착 등으로 이뤄지는 신축성 바이오 전자소자 시스템 구현을 위해서는 생체 조직처럼 부드럽고 신축성과 접착성이 우수한 물질이 필요하다. 손 교수가 개발한 하이드로젤(수용성 고분자체) 전극 소재 및 전자소자가 여기에 결정적인 역할을 했다.
기존 시스템의 경우 소재의 유연성과 내구성이 부족한 탓에 이식 후 생체 조직 염증 유발 등의 문제가 있었다. 손 교수가 개발한 하이드로젤 전극 소재 및 전자소자는 장기간 염증 없이 말초신경병·심장병 및 뇌전증과 같은 다양한 난치성 질병을 진단하고 치료하는 데 도움을 준다. 손 교수는 연구 과정에서 여러 동물 실험을 통해 심혈관계와 신경근계 중증 질환 정밀 진단과 재생·재활 치료 효과를 확인했다.
손 교수는 주사형 시스템을 적용해 근육이 심하게 손상된 실험용 쥐에 전도성 하이드로젤을 주사하고 근조직 재생 효과를 확인했다. 쥐의 말초신경에 전기 자극을 줘 확인한 근전도 신호로 보행 보조 로봇을 작동시켜 재활을 도왔다. 실험용 쥐는 3일 만에 정상적 보행이 가능해졌다. 이로써 신경 자극을 주지 않고도 하이드로젤의 조직 간 신호 전달 기능만으로 보조 로봇을 통한 보행 재활 훈련이 가능하다는 점을 입증했다. 이 연구는 지난해 11월 발행된 국제 학술지 ‘네이처’에 게재됐다.
스티커형 시스템으로는 수축과 이완을 반복하는 동물의 심외막에 접착성이 우수한 바이오 전자 스티커를 장기간 부착하는 데 성공했다. 이 방식을 활용하면 수술을 통한 바느질을 하지 않아도 돼 부작용이 적다. 실험 결과 바이오 전자 스티커는 부정맥 등 심전도 진단과 전기자극을 통한 효과적인 심박 조율이 가능했다. 이 연구 역시 지난해 9월 ‘네이처 일렉트로닉스’에 소개되면서 성과를 인정받았다.
신축성 바이오 전자소자 시스템은 향후 고도화 과정을 거쳐 체내 다양한 장기의 정밀 진단과 치료 편의성을 획기적으로 높여줄 수 있을 것으로 기대된다. 손 교수는 이 시스템을 장시간 안정적인 전기생리학적 신호 계측과 자극 성능을 갖는 차세대 전자약으로 발전시켜 나갈 계획이다. 그는 “중추·말초신경 관련 중증의 난치성 질병을 근원적으로 치료할 수 있는 전자약 기술을 개발하는 것이 목표”라며 “매우 미세하고 작은 신경 내부에 전달되고 있는 신경 신호를 정밀하게 분석해 전기자극을 통한 효과적인 치료 시스템 연구에 매진하겠다”고 말했다.
손 교수는 1983년생으로 고려대 물리학과를 졸업했다. 서울대에서 나노과학기술협동과정 석사와 화학생물공학 박사 학위를 취득하면서 진로를 바이오전자소자 분야로 변경했다. 박사 학위 취득 이후 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 박사후연구원, 한국과학기술연구원(KIST) 의공학연구소 선임연구원, KIST·연세대 융합연구원 학연교수 등을 거쳤다. 전문 분야는 신축성 바이오 전자소자 시스템, 신축성 전자약 시스템, 신축성 비휘발성 메모리 소자 개발이다.
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